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納米前沿頂刊日報 20181203

納米人納米人 2018-12-03

1.Joule綜述：有機熱電從材料制備、性能優化到器件集成！

熱電技術可以直接將廢熱轉化為熱，是新興清潔能源中的杰出代表之一。據估計，2024年全球熱電發電機市場將達到近10億美元。其中，有機熱電發電機由于質量輕、成本低、柔性等一系列優勢而更具優勢。西安交通大學Wang等人從材料制備、性能優化到器件集成，分三個板塊系統綜述了有機熱電領域的歷史、現在和未來。

Wang H & Yu C. Organic Thermoelectrics:Materials Preparation, Performance Optimization, and Device Integration[J].Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.012

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30503-8

2.Sci. Adv.：高能水性鋁電化學電池！

Al³⁺使得基于Al的電化學電池具有高達8040 mAh cm^-3的體積比理論容量，是鋰金屬負極的4倍左右。其問題在于Al表面形成的鈍化Al₂O₃膜導致整體性能的降低?？的螤柎髮WLynden Archer團隊構建了一種人工SEI，實現了高能水性鋁電化學電池。團隊在金屬Al和離子液體電解質之間形成SEI膜，發現這種人工SEI可以永久改變金屬界面化學?；诖?，研究人員構建了一種簡單的Al||MnO₂水性電池，實現了500 Wh/g比能量（基于正極中MnO₂的質量）。

Zhao Q, Archer L, et al. Solid electrolyte interphases for high-energy aqueous aluminum electrochemical cells[J]. Science Advances, 2018.

DOI: 10.1126/sciadv.aau8131

http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaau8131

3.Nat. Commun.：溶劑化鎂離子嵌入實現高效鎂離子電池！

克服由Mg²⁺和宿主材料之間強相互作用引起的遲緩動力學，是可充電鎂電池的主要挑戰。研究人員使用溶劑化的鎂離子[Mg(DME)_x]²⁺嵌入層狀材料結構中，實現了具有快速脫嵌動力學的鎂電池。研究表明，通過二甲氧基乙烷溶劑化可以降低鎂離子的高電荷密度，降低擴散能壘，避免了正極-電解質界面緩慢的去溶劑化過程，并降低了正極晶格對陽離子的捕獲能力，促進了鎂離子的擴散。使用納米結構MoS₂@C多孔納米棒進行驗證，電池性能得到顯著改進。同時，研究人員在鎂離子嵌入體系中首次觀察到溶劑化鎂離子嵌入期間，MoS₂從半導體2H相到金屬1T相的嵌入誘導相變。

Li Z, Mu X, Zhao-Karger Z, et al. Fastkinetics of multivalent intercalation chemistry enabled by solvated magnesium-ions into self-established metallic layered materials[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07484-4

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07484-4

4.Nat. Commun.：超快速超穩定鈉離子電池！

層狀結構的鈉過渡金屬氧化物由于結構不穩定性和電極動力學緩慢，造成循環性差和倍率性能低。研究人員首次報道了高Na含量的水鈉錳礦-NaMnO_2-y(OH)_2y·0.10H₂O，其通過Mn₃O₄納米陣列上的兩步水熱處理獲得。通過在Ar氣中退火高Na含量的水鈉錳礦-NaMnO_2-y(OH)_2y·0.10H₂O以去除結晶水，得到單斜晶NaMnO_2-y-_δ(OH)_2y,這是一種帶有Na/Mn(OH)₈六面體和Na/MnO₆八面體的單斜晶系多晶型物，由于層狀結構中八配位點的H'3堆疊和六配位點O'3堆積共存，因此層間距離增大約7埃，這有利于快速的鈉離子遷移和良好的結構穩定性。在Ar氣中退火期間，氧空位也被引入晶格中，這極大地增加了層狀材料的導電性。結合有利的納米片形態，NaMnO_2-y-_δ(OH)_2y正極0.2 C下提供高達211.9 mAh g-1的比容量，優異的循環性能（1000次循環后94.6％的容量保持率）和倍率性能（50 C下156.0 mAh g^-1）。

Xia H, Zhu X, Liu J, et al. A monoclinic polymorph of sodium birnessite for ultrafast and ultrastable sodium ionstorage[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07595-y

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07595-y

5.Angew.：遺傳編碼脂質氨基酸用于延長蛋白質在體內的半衰期

蛋白質療法被越來越多地應用于各種疾病的治療，但其也存在著血液循環半衰期短的問題。一種新興的策略是將脂肪酸附著在蛋白質上，從而增加其與人血清白蛋白(HSA)的結合，進而延長其在體內的半衰期。Fu等人證明了HepoK是一種基因編碼的非天然氨基酸，在體內具有有益的生理作用，即可以對含有氨基酸的脂肪酸進行遺傳編碼，并重組產生治療性多肽和蛋白，而且可以結合HSA以延長其血液循環的半衰期。

Fu C Y, Chen Q, et al. Genetically Encoding a Lipidated Amino Acid for Extension of Protein Half-life in vivo[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201811837

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201811837

6.南衛理工會大學Angew.：用于活細胞HNO定量和實時監測的化學發光探針

氮雜環酮(Azanone,HNO)是一種活性氮物質，具有治療心血管功能障礙的潛力。而了解HNO的生物學效應和推動其進一步臨床應用的一個關鍵障礙是對生命系統中HNO的定量實時監測。An等人介紹了一種化學發光探針HNOCL-1的設計與合成，該探針可以檢測出從低至138 nM的HNO。實驗利用這種探針的高靈敏度開發了一種基于動力學的方法，該方法可以對HNO濃度進行實時定量估計，并且其與計算模擬的結果吻合良好。該方法也可用于測定硫化氫(H₂S)和一氧化氮(NO)產生的微量HNO濃度。最后實驗證明了HNOCL-1可以監測活細胞和組織中HNO的動態變化，顯示了該方法在活系統中跟蹤HNO的實用性。

An W W, Ryan L S, et al.A Chemiluminescent Probe for HNO Quantification and Real-time Monitoring in Living Cells[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201811257

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201811257

7.AM：微創和再生療法

生物材料的合成和制造、干細胞生物學、生物成像、顯微外科手術和顯微技術的進步，使得微創療法成為再生醫學中的一個高效工具。通過將細胞、生物材料、生物分子及其組合以微創的方式遞送給患者，可以在患者體內再生不同的組織，如骨、軟骨、胰腺、心臟、骨骼肌、肝臟、皮膚和神經組織等等。而納米生物材料和軟生物電子器件也為進一步發展微創和再生療法(MIRET)提供了許多契機。一般情況下，微創遞送方法與傳統遞送方法相比，具有產率高，并發癥風險低，成本低的優點。Ashammakhi等人綜述了微創技術在人體再生治療中的應用；介紹了MIRET在不同組織器官治療中的應用；最后對這一領域面臨的挑戰和未來的展望進行了介紹。

Ashammakhi A, Ahadian S, et al. Minimally Invasive and Regenerative Therapeutics[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201804041

https://doi.org/10.1002/adma.201804041

8.AFM：用于再生生物醫學的膠原生物材料

近幾十年來，膠原蛋白是生物醫學應用中用途最廣泛的生物材料之一。目前，關于設計新穎的膠原生物材料并將其應用于組織再生的概念被多次提出。已有的案例也證明了不同類型和不同物理形態的膠原生物材料可以通過不同的方法制備并促進不同組織的再生。在此基礎上，Lin等人綜述了膠原生物材料的常見物理形式和常用的改性方法，包括水凝膠、支架、微球等，并介紹了它們在組織器官再生中的應用；隨后介紹了一些實例以說明這些膠原生物材料的細胞反應和其在組織再生方面的應用；并對膠原生物材料的局限性及其未來的發展趨勢進行了簡要的評價。